微流控装置及其应用的制作方法

1.本发明涉及实验室仪器领域，尤其是涉及一种微流控装置。


背景技术：

2.在实验室进行检测或者化学反应时，经常涉及到同时处理大批量的样品，这些样品和试剂需要分别放置于单个试管中，然后分别从每一个试管中吸取液体，注入其他的试管中，或者将其他的液体加入到装有样品的试管之中，进行混合，或者是进行混合后再反应。反应之后，需要分别对每一个试管中的样品进行观察，确认其是否为阳性。这需要耗费大量的人力和时间，无法满足现今的快速反应以及应急的需求。而且受限于传统试管占用体积较大和与此相对应的现今的精密检测仪器越来越小，因此，每次反应和检测数量十分有限。
3.而现有的芯片检测设备，也是更多的针对于单独的个体分别进行检测，然后批量化的处理每一个单独的芯片，只是在体积上明显缩减，但是对实验结果的观测以及处理仍旧需要耗费大量的时间。
4.因此，有待于开发出一种能够同时容纳多份样品，对样品进行分组处理检测装置，以适应目前集约化、批处理化和自动化的趋势，提高实验室效率，降低在人力和时间上的消耗。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于解决单样品处理和检测时占用试管或者芯片过多，效率不高的问题，以期实现一次检测可以批量化处理大批量的样品，节约宝贵的人力物力和时间等等。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下的技术解决方案：
7.一种微流控装置，其包括有一本体，所述本体为透明材料并且设置有多个容槽，所述多个容槽依排列位置分成多个阶层，所述多个阶层包括有第零阶层和依序排列的n阶层，n为大于等于1的正整数；其中，所述第零阶层的容槽和至少一个第n阶层的容槽设有开口，所述第零阶层至第n阶层的每一个阶层中的每一个容槽分别与其它阶层的至少一个容槽相互连通。
8.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述第n阶层每一个容槽分别与相邻的第n-1阶层的两个以上的容槽相互连通。
9.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述第n阶层的每一个容槽分别与相邻的第n-1阶层的两个以上容槽相互连通，并且所述n为1至3的正整数。
10.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述各容槽之间通过流道连通，所述的流道包括有主流道和支流道，所述主流道和所述支流道相互连通。
11.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述流道具有坡度，所述主流道设置有混流辅助结构，所述混流辅助结构为呈规则排列的凸起或凹槽。
12.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述本体包括有覆板和基座，所述覆板连接于所述基座，所述容槽设置于基座，所述覆板设有所述的开口。
13.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述本体进一步包括有一个以上的辅助容槽，所述本体的一个以上容槽与一个以上的辅助容槽相互连通。
14.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述本体的一个以上容槽或一个以上辅助容槽预设有试剂。
15.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述的多个容槽呈环型放射状排列。
16.较佳的，如前述的微流控装置，其中，所述的多个容槽呈矩形行列排列。
17.本发明的另一个技术解决方案为，提供一种新型冠状病毒的分组混合检测方法，其包括使用前述的微流控装置对人群采集的样品进行检测，所述检测方法为pcr检测或者sers检测。
18.本发明的有益之处在于：
19.1.本发明为集成式的微流控装置，相较于分别使用单个试管，可以减少操作过程中对样品的污染，减少包括试管混淆产生的人为失误，减少实验室人员的体力支出和疲劳度，同时也方便对样品的快速分组和分批处理。
20.2.本发明尤其适用于对大批量样品的检测，能够显著减少所需投入的实验人员的人力和物力，并减少用于实验室的时间。本发明由于具有第零阶层至第n阶层的容槽，因此，可以轻松实现逐级混合和逐级进行反应。
附图说明
21.图1是本发明的实施例一的微流控装置的立体示意图。
22.图2是本发明的实施例一的微流控装置的流道的立体示意图。
23.图3是本发明的实施例一的俯视示意图。
24.图4是图3中沿aa线的立体剖视示意图。
25.图5是图4的剖面示意图。
26.图6是本发明的实施例一的第零阶层l0至第三阶层l3的俯视示意图。
27.图7是本发明的实施例一的流道的俯视示意图。
28.图8是本发明的实施例二的平面示意图。
29.图9是本发明的实施例三的立体分解示意图。
30.图10是本发明的实施例四的立体分解示意图。
31.图11是本发明的实施例五的平面示意图。
32.图12是本发明的实施例六的平面示意图。
33.图13是本发明的实施例七的平面示意图。
34.图14是本发明的实施例八的平面示意图。
具体实施方式
35.以下配合说明书附图及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
36.本发明涉及一种微流控装置，其包括有一本体，其为透明材料并且设置有多个容
槽，多个容槽依排列位置分成多个阶层，多个阶层包括有第零阶层和依序排列的n阶层，n为大于等于1的正整数；其中，第零阶层的容槽和至少一个第n阶层的容槽设有开口，第零阶层至第n阶层的每一个阶层中的每一个容槽分别与其它阶层的至少一个容槽相互连通。
37.实施例一
38.参见图1至图7，是本发明的微流控装置的一种态样，其中微流控装置包括有本体1，本体1上设置有容槽2，容槽2设置于本体1之内，并呈现为有序排列。参见图6，在实施例一之中，所有的容槽2按照其在本体1上的位置可以分为多个阶层，即第零阶层l0、第一阶层l1、第二阶层l2和第三阶层l3。其中，第零阶层l0处于微流控装置1的最外层，然后依次向内延伸为第一阶层l1、第二阶层l2和最后的第三阶层l3。实施例一的每一阶层的容槽2的排列为围成一个圆形，每增加一个阶层，该阶层的容槽2所围成的圆形的直径就减小，亦即l0的直径大于l1的直径，l1的直径大于l2的直径，直到第三阶层l3只有一个容槽2所组成。实际根据需要，每一阶层的容槽2排列所组成的形状并不只限于圆形，也可以是正方形、长方形或者三角形，具体以实际需要为准。实施例一的环形放射状排列有利于使得每一阶层的每一个容槽2于下一阶层所相对应的容槽2的距离均相等，适合于均样化处理和检测样品，并且环型放射状排列的布局还能够有效的节省使用空间。
39.继续参见图1和图4，实施例一的第零阶层l0至第三阶层l3的容槽2的容积大小并不一致，其中处于较高阶层的容槽2的容积要大于处于较低阶层的容槽2的容积，实施例一中的第三阶层l3的容槽2的容积最大。每一个阶层的容槽2都分别与相邻的上一个阶层和下一个阶层的容槽2相互连通，优选的，在实施例一之中，每一个阶层的容槽2与相邻的上一个阶层的两个容槽2相连通，然后和相邻本阶层的一个容槽2共同与下一个阶层的一个容槽2相连通，但第三阶层l3的一个容槽2则与六个第二阶层l2的容槽2相连通。
40.具体来说，第零阶层l0共计设有二十四个容槽2，第一阶层l1共计有十二个容槽2，第二阶层l2共计有六个容槽2，第三阶层仅有一个容槽2，其中，第零阶层l0的每两个容槽2混合后与第一阶层l1的一个容槽2相连通，依次类推，每一个阶层的容槽2数量均减少一半，最后的第二阶层l2的六个容槽2则直接全部混合到第三阶层l3的一个容槽2之中。当然，每一个阶层的容槽2数量以及与下一阶层的容槽2相连接该阶层的容槽2的数量，均可以根据实际需要调整，例如，可以设置为第零阶层l0仍旧设置有二十四个容槽2，但是，第一阶层l1设置为具有八个容槽2，而第二阶层则设置为具有两个容槽2，不再设置第三阶层，如此设置，则第零阶层l0的每三个容槽2混合连通第一阶层l1的一个容槽2，后者的四个容槽2混合后连通下一阶层的一个容槽2。
41.进一步参见图2、图3、图4和图7，实施例一中各个阶层的容槽2之间通过流道3相互连通。图2和图7所示为实施例一的流道3，流道3为y字形，两个支流道31的一端分别连通上一层的两个容槽2，两个支流道31的另一端则汇合连接主流道32，主流道32则连通本阶层的容槽2，因此，样品或者试剂可以通过流道3从上一阶层的两个容槽2汇合流入到本阶层的一个容槽2之中，依次类推直到最后的一个阶层的容槽2中。主流道32进一步设置有混流辅助结构，混流辅助结构可以是规则排列的凸起或凹槽，在实施例一中，优选采用凸起321，其规则地设置于主流道32的底部。通常在小尺度(《1mm)的环境下，流体倾向于层流(lamina flow)模式，不易进行混合，因此，主流道33的微型结构可以辅助微流体进行混合。在样品或试剂从支流道31流向主流道32，并沿着主流道32向下一个阶层的容槽2流入的过程中，自动
进行了混合。
42.另外，在实施例一之中，第零阶层l0的容槽2于本体1的表面设置有开口21，开口21连通到本体1的外部，同样，最后的阶层即第三阶层l3的容槽2也设置有通向本体1外部的开口21，但该开口21的直径要小于第零阶层l0的容槽的开口21，这是因为，第零阶层l0的容槽2的开口21是用于向容槽2之内注入待检测样品或者试剂等，而第三阶层l3的容槽2的开口21则主要是用于在样品注入时，便于被推动的气流的排出，从而有利于样品或者试剂的注入。除了第零阶层l0和第三阶层l3的容槽2之外，在本实施例中，优选的，其他阶层的容槽2均采用封闭设置，即完全的设置于本体1的内部，从而最大程度的避免了样品在混合的过程中遭受污染的情况，提高检测结果的保真性。当然，也可以根据需要将其他阶层的特定的容槽2予以开口，或者在流道3的位置设置连通本体1的外部的开口，以利于注入试剂，对某些特定的样品进行特殊的处理。
43.实施例二
44.参见图8，本发明的实施例二与实施例一的不同之处在于，其采用了行列阵列排列方式，容槽2的形状也由圆形的容槽变换为方形的容槽，其容槽2分为第零阶层l0、第一阶层l1和第二阶层l2。其中，第零阶层l0和第一阶层l1的容槽2为行列阵列分布，每三个第零阶层l0的容槽2分别连接三个支流道31然后汇合到主流道32并进一步连通到一个第一阶层l1的容槽2，第一阶层l1的每两个容槽2分别通过两个支流道31连接主流道32并进一步连通到第二阶层l2的容槽2。
45.如图8所示，第零阶层l0的容槽2的正面投影的面积要明显的小于第一阶层l1的容槽2的正面投影的面积，与此相同，第二阶层l2的容槽2的正面投影的面积要大于第一阶层l1的容槽2的正面投影的面积，也是所有阶层的容槽2中最大的，从而实现在容槽2的厚度相同的情况下，下一个阶层的容槽2的容积可以通过长宽的增加来实现容积的增加，从而容纳上一个阶层的二个以上的容槽2的样品。如此设计的优点是，实施例二的微流控装置的本体1的厚度可以做到尽量的薄，有利于设计为芯片的片状形状，从而适用于对芯片进行检测的检测设备也可以直接应用在实施例二的微流控装置上，从而采用自动化设备快速观测或者快速自动上料样品，具体不再细述。
46.实施例三
47.参见图9，是本发明的优选实施例三。实施例三不同于实施例一的地方在于，实施例三的本体1由两部分共同组成，而实施例一相当于是实施例三的一体成型的特殊情况。实施例三的本体1包括了覆板12和基座11，其中覆板12能够覆盖于基座11之上，并且与基座11相互匹配。其中，容槽2为设置于基座11上的凹槽，流道3为覆板12上的凹槽，在覆板12覆盖在基座11之上后，其整体上与实施例一的微流控装置相似，其中，第零阶层l0的容槽2的连通本体1的外部的开口21，以及实施例一中所提及的其他的开口21，均设置于覆板12之上。
48.实施例三的优点在于，由于采用了两部分设计，因此容槽2和流道3可以采用分别在基座11和覆板12之上挖槽，然后覆板12覆盖其上即可完成，其在产品的生产制造上对工艺的要求将大幅度降低，现有的传统制造方法就能满足，因此，有利于批量化的生产制造。
49.实施例四
50.参见图10，是本发明的实施例四，实施例四与实施例三基本上相同，其区别在于，实施例四的流道3设置于基座11上而不是在覆板12上，因此，容槽2和流道3均可以通过在基
座11上挖槽实现，然后覆板12上只设置出相对应于第零阶层l0以及第n阶层的容槽2的开口21即可，由于覆板12上无需挖槽制备流道3，因此，本实施例的覆板12可以最大程度的减少厚度，主要的容槽2和流道3均在基座11上也更有利于生产和制备。
51.实施例五
52.参见图11，实施例五与实施例一的主要区别在于，实施例五采用了行列阵列设置的排列方式，如图11所示，其中n等于五，即共计有第零阶层至第五阶层。为方便描述，此处将行列分别以英文字母和阿拉伯数字标记，例如，第五阶层的容槽2共计只有一个，即k11位置处的容槽2，同时为节省文字和方便描述，下文将统一直接以英文字母和阿拉伯数字代替具体的容槽2，例如，第零阶层至第四阶层的所有容槽2之中，分别选择其中一个容槽2作为示例：第零阶层的a4、第一阶层的b5、第二阶层的d7、第三阶层的f6以及第四阶层的k7。
53.另外实施例四的本体1分为基座11和覆板12也完全可以直接应用于本实施例五，在实际应用时，覆板12上可以根据需要在阵列中安排有第零阶层l0的容室2的地方设置开口21即可，当然所对应的其他阶层的容室2的位置也可以设置开口21。
54.采取阵列的排列方式有利于自动化设备检测时的定位(如：线性滑轨)，另外，阵列的不同位点的空余空间可以根据需要做成不同样态的控制组的容槽2，并且如前所述，阵列的行和列分别采用了序号标记，有利于各个容槽2的快速定位和方便多个阶层的容槽2的整体上布局和设计。
55.实施例六
56.实施例六是实施例五的灵活应用的又一个范例，其增加了辅助容槽2’的设置，同时由于辅助容槽2’的设置，可以将辅助容槽2’设置为例如检测实验的对照组或者对照标准，例如如图12所示，可以选择将a1设置为阳性对照或者阴性对照，当然，选择在阵列的哪一个位点设置辅助容槽2’作为对照并不受限，也可以根据需要设置多个阳性或者阴性对照，一般情况下，当阳性对照与阴性对照的区别不太明显，或者不容易区别的时候，可以在靠近容槽2的位置上设置多个辅助容槽2’。
57.实施例七
58.实施例七也是在实施例五的基础上的灵活应用范例。在前述的实施例五的正常样品通过流道3逐阶层混合的基础上，根据需要额外单独设置其他需要混合并检测样品，例如，如图13所示，在正常逐阶层混合时，d1和a4将不会存在直接混合的情况，但是，如果希望能够检测d1和a4的混合样品，则可以设置出两者混合的b2，即，在阵列的b2位置处设置辅助容槽2’，a4和d1分别通过流道3连通b2，从而实现增加设置a4和d1的混合以及检测。
59.实施例八
60.实施例八也是实施例五的灵活应用的继续示范，具体来说，第五阶层的容槽2和第四阶层的容槽2分别进一步设置有用于特殊处理的辅助容槽2’，参见图14，本实施例中，第四阶层的e7和e15以及第五阶层的e11分别设置有借助于流道3相连通的用于特殊处理的辅助容槽2’，即e7设置有相连通的e4，e15设置有相连通的e18，而e11则设置有相连通的h11，其中e4、e18和h11之中可以预添加有稀释液，从而在形成不同浓度样品的对照，比如e7为标准浓度，而e4为四分之一标准浓度的稀释液，等等。当然，除了前述的稀释液之外，也可以预设为不同试剂，从而实现对相同样品的多样化检测。如实施例五所记载相同，当采用实施例四的基座11和覆板12时，也可以在对应于e4、e18和h11的辅助容槽2’的位置处，在覆板12上
临时制作出开孔21，方便注入试剂等。
61.应用例
62.新型冠状病毒所引发的疫情自爆发以来，传播速度快，传播力强，因此，对易感人群以及在出现阳性感染者之后，快速检测该阳性患者所在的小区或者所经途径地的区域的人群是否被感染，是能够快速阻断疫情发展和控制疫情的进一步扩散的关键。但由于新型冠状病毒的高传染力，往往需要对整个特定区域的全部人员进行核酸检测，甚至于整个县市的人员进行检测排查。这对于核酸检测试剂的需求将极大的增加，而在疫情期间由于生产受到疫情影响，往往产能和供应均低于常规。
63.于是，新型冠状病毒的核酸混检就应运而生并受到欢迎，例如，每五人一组，将所采集的人员的咽拭子或者鼻拭子样品混合后进行核酸检测。混合检测只需要对混合了五个人的一份样品进行检测即可，如果是阴性，则不必在继续对五个人逐一进行核酸筛查，而新型冠状病毒阳性的几率极低，因此，混检可以极大地减少核酸实验的次数。
64.本发明的实施例一的装置适合于进行新型冠状病毒的混合检测，以下将进行具体说明。
65.参照图1、图3或图6所示，本发明的实施例一适用于每次最多对24人进行混合式的新型冠状病毒的核酸检测。首先将待检测人员的咽拭子或者鼻拭子样品进行常规的处理，包括分离、过滤、裂解、纯化等等。处理完成后的样品分别记录下样品序号，然后通过容槽2的开口21注入到每一个第零阶层l0的容槽2之中，样品记录的序号应当与第零阶层l0的容槽2的序号相互对应，以避免混淆。
66.当样品填充完之后，将自第零阶层l0的容槽2开始自动混合直到最后一阶层亦即第三阶层l3的容槽2。此时，从最开始的第零阶层l0到最后的第三阶层l3的所有容槽2均已经容纳有样品，即第零阶层l0的容槽中所容纳的样品是最初的样品，即原始样品，第一阶层l1的容槽的样品是两个第零阶层l0的容槽2所混合后的样品，如此依次类推，第三阶层l3的容槽中的样品是混合了二十四个样品之后的样品。在本发明的实施例一中，可以在第零阶层l0至第三阶层l3的容槽2的内部预先放置生化检测所需要的反应物，以本次的pcr反应为例，包括有酶，探针，引子，核苷酸，荧光染剂与其他相关生化试剂等等。在完成了混合之后，微流控装置的所有容槽2的样品开始自动发生反应。
67.在pcr检测完成之后，由于实施例一的微流控装置的本体1为透明材料，因此，尽管所有的容槽处于微流控装置的本体1的内部，但仍旧能够直接对所有的容槽2的pcr或者sers检测结果进行观察和判断。在进行观察和判断的时候，通常要依照从第n阶层的容槽2(即最后的阶层的容槽)的检测结果开始观测，本应用例中，如果第三阶层的容槽2的检测结果是阴性，那么该次24人的新型冠状病毒的检测就此结束，亦即，全部为阴性。
68.如果检测结果是阳性，那么需要进一步向后筛查，找出阳性的具体个体。即需要对第二阶层l2的容槽2的混合样品的检测结果进行观测，第二阶层l2的容槽2共计有六个，因此需要对这六个容槽2的样品全部进行观测并判断检测结果。假设第二阶层l2的其中一个容槽2的样品的检测结果是阳性，其余容槽2的检测结果是阴性，那么与其余容槽2相连通的所有上一阶层的容槽2的pcr检测结果均可以不用再进行检测结果判断。
69.对于第二阶层l2的检测结果经判断为阳性的容槽2，则可以继续对与该容槽2相连通的第一阶层l1的两个容槽2的样品pcr检测结果进行观测和判断，依次类推，直至最后将
第零阶层l0的两个容槽2的样品检测结果完成观测和判断，从而完成了本次新型冠状病毒的核酸检测。可以计算，在出现了一个阳性的情况之下，本发明的装置，只需要进行十一次的对pcr检测结果的观测和判断既可以找出阳性患者，这要比对二十四份样品的检测结果全部进行观测和判断要节省总计十三次的观测和判断。如果是阴性的情况下，则只需要进行一次的pcr检测结果观测判断即可完成，能够减少高达二十三次的核酸检测结果的观测和判断所需要的时间。考虑到新型冠状病毒患者在总人群中所占有的比例，绝大部分都是阴性，因此，本发明的装置具有这绝对的优势。
70.另外，考虑到本发明的装置在自动检测出样品为阳性后，只需要对其上一阶层的容槽2的pcr检测结果进行观测和判断，就可以获得结果，而无需传统试管实验时，需要对样品继续进行混合等等的复杂操作，因此，节省了程序。
71.实施例一的微流控装置在检测例的应用中，样品的注入以及样品注入量的控制均可以通过机械自动化来完成，速度更快，效率更高。当然，较佳的是，采用实施例五至实施例八的微流控装置，其为阵列式排列，更符合自动化机械的操作。而且，与试管检测相比，由于其体积的明显减小，微流控装置可以直接放置如pcr反应装置，例如pcr培养箱之内，一次pcr的生化反应就能将第零阶层l0至第三阶层l3的所有容槽2共计四十三个容槽2内的样品全部完成pcr反应。
72.检测例
73.以上述的应用例的新型冠状病毒的具体检测为例，以下详细描述本发明的实施例一的微流控装置的pcr或者sers的检测步骤：
74.1.首先需要在微流控装置的内部预先放置生化检测所需要的反应物，以下分别以pcr检测和sers检测举例说明：
75.a.pcr反应所需的酵素，探针，引子，核苷酸，荧光染剂与其他相关生化试剂等等。
76.b.sers反应所需的纳米颗粒，纳米粉体，探针，荧光染剂，拉曼讯号加强分子，与其他相关生化试剂等等。
77.2.所有的独立样品在通过第零阶层l0的容槽2的开口21注入之前，均需要在外部进行相关的处理程序，包括但不限于，分离，过滤，裂解，纯化，混合，修饰(modify)，嫁接(conjugate)。需要说明：此处所指的修饰与嫁接是指将染剂，连接子(linker)，信号加强分子，纳米颗粒等等连接到经过纯化过后的待检测样品的内容物之上)
78.3.将所有经过前处理后的样品通过开口21“同步”注入第零阶层l0的容槽之内。
79.4.所有样品将自第零阶层的槽体开始自动混合直到到达第三阶层l3的容槽之内为止。
80.5.样品反应，pcr和sers分别如下：
81.a.pcr检测的样品反应：将实施例一的微流控装置置入pcr设备进行核酸扩增所需的升/降温程序。
82.b.sers检测的样品反应：将实施例一的微流控装置置入sers设备进行抗原/抗体结合所需的持温或静置程序。
83.6.将实施例一的微流控装置送入检测结果观测和判定设备，利用设备本身的软件所设定的程序，通过自动化设备对光学信号结果进行判定，其中，
84.a.pcr侦测各个容槽2的核酸扩增之后的荧光信号的强弱来判断样品的抗原浓度；
85.b.sers侦测拉曼光谱信号反应所需的纳米颗粒、粉体、探针、荧光染剂、拉曼信号加强分子以及其他相关生化试剂等等。
86.以上的应用例以及检测例只是本发明实施例的一个示例性说明而已，其中，通过本发明的八个实施例已经完全可以推测出其更多的应用例和检测例。如前所述，本发明尤其在对大批量化的样品进行检测处理时，具有优势，具体体现在，当对样品进行阳性检测时，可以每一次批量化处理至少二十多份甚至上百份以上的样品，当完成处理和检测完结果之后，可以从第n阶层的容槽2开始对检测结果进行判定，只有出现阳性结果，才继续向上观测第n-1阶层的容槽2的样品检测结果，判定其是否为阳性，因此，能够减少对结果判断所耗费的时间。另外，不同阶层的容槽2的混合也并不仅仅限于是样品的混合，也可以是样品和试剂的混合，等等根据实际需要进行确定。
87.以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许改动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。